"Бывает нечто, о чём говорят: "смотри, вот это новое"; но это было уже в веках, бывших прежде нас"
Екклезиаст гл.1 ст. 10

пятница, 27 января 2012 г.

Эдвин Говард Армстронг - отец частотной модуляции


Эдвин Говард Армстронг (Edwin Howard Armstrong, 1890-1954), американский изобретатель и величайший инженер двадцатого века, ему принадлежат три изобретения имеющие фундаментальное значение для современной радиосвязи и радиовещания, телевидения, радиолокации.


I. Регенерация (схемы с положительной обратной связью) - 1913 год

Cхема усилителя на электронных лампах с обратными связями, улучшающими чувствительность и избирательность приёмника, схема электронного генератора.

II. Cупергетеродинный приемник - 1920 год

Технология основанная на принципе преобразования принимаемого сигнала из диапазона частот в сигнал фиксированной промежуточной частоты с последующим его усилением и детектированием. Основное преимущество супергетеродина в том, что наиболее критичные для качества приема части приемного тракта не перестраиваются под разные частоты диапазона, что позволяет получить высокую чувствительность и избирательность и упростить схемотехнику приёмного тракта.

III. Частотная модуляция (FM) - 1933 год

Частотно-модулированный сигнал (FM) - это колебание, у которого мгновенная частота изменяется по закону модулирующего сигнала. Высокое качество приёма частотно-модулированного сигнала обусловлено тем, что в приёмной аппаратуре используется ограничитель амплитуды радиосигнала для ликвидации импульсных помех, тогда как при амплитудно-модулированном сигнале (AM), это невозможно сделать технологически.


В отличие от многих инженеров, Амстронг никогда не был работником корпораций, он проводил свои исследования самостоятельно и был единоличным владельцем своих патентов, но так никогда и не пожал плодов своего гения.

Первое своё открытие Эдвин Амстронг сделал будучи студентом Колумбийского университета, в 1913 году. Армстронг обнаружил, что коэффициент усиления вакуумного триода, или трубки Фореста, как его тогда называли по имени изобретателя, можно увеличить путем подачи некоторой части сигнала с выхода усилителя обратно на его вход (положительная обратная связь). При дальнейшем же увеличении обратной связи, усилитель переходил в режим генератора, что позволяло избавиться от громоздких электромеханических генераторов, использовавшихся тогда в передатчиках, заменив их на электронные. Армстронг запатентовал свое открытие и лицензировал его компании Маркони в 1914.

Во время службы в армии во время Второй мировой войны, Амстронг пришел к идее супергетеродина, тонком и элегантном способе улучшения радиоприема и настройки. Принцип супергетеродинного приема заключается в том, что частота принятых колебаний, преобразуется (как правило понижается) не изменяя закона модуляции, и осуществляется так - принимаемый сигнал поступает на смеситель преобразователя частоты, на который также подаётся колебания от гетеродина (вспомогательного генератора), частота которого кратна частоте сигнала и перестраивается одновременно с входным контуром приёмника. Полученный в результате преобразования сигнал равен разности частот сигнала и гетеродина. Так как входной контур приёмника и гетеродин перестраиваются одновременно, то промежуточная частота будет всегда иметь одно и то же значение, независимо от частоты приёма. В результате упрощается схемотехника последующих каскадов - нет необходимости в сложных перенастраиваемых фильтрах и обеспечивается высокая избирательность (способность отстроиться от мешающих станций), необходимое усиление, возможность осуществить автоматическую подстройку частоты и автоматическую регулировку усиления. Супергетеродинный прием и по сей день является главным принципом при создании радиоприёмной аппаратуры, радиолокаторов и телевизоров. Благодаря своим изобретениям, в двадцатые годы Амстронг становится миллионером.

Неожиданно, в 1920 году, другой пионер радио – Ли де Форест (De Forest) подал иск о нарушении патентных прав. Он был взбешен, что такой молодой человек использовал его трубки лучше, чем он. Тяжба длилась двенадцать лет, пройдя извилистыми путями через апелляционные процессы и дойдя в конечном итоге до Верховного Суда. Технически невежественный суд вынес решение в пользу Фореста.

Несмотря на череду судебных исков, Армстронг продолжал свои исследования. В это время он приходит к идее и впервые применяет метод частотной модуляции (FM) радиосигнала. Применявшийся в то время метод амплитудной модуляции (АМ) изменял амплитуду радиосигнала согласно низкочастотному модулирующему сигналу (например, голосу диктора), метод же Армстронга изменял частоту радиосигнала, в результате чего было обеспечено высокое качество приёма, так как в приёмной аппаратуре можно было использовать ограничитель амплитуды радиосигнала для ликвидации атмосферных помех, тогда как при амплитудно-модулированном сигнале, это невозможно технологически.

В период с мая 1934 по октябрь 1935, Армстронг провел серию крупномасштабных полевых испытаний технологии FM радио. 17 июня 1936 года состоялось представление технологии Федеральной комиссии по связи (FCC). Сначала была прослушана джазовая музыка переданная посредством амплитудно-модулированного радиосигнала, а затем широкополосного, частотно-модулированного. "Если бы 50 инженеров из комиссии, закрыли бы свои глаза, они вряд ли бы поверили, что джаз-оркестр не находится в той же комнате", отметил один из журналистов.

Однако результаты демонстрации были противоположны ожиданиям. Глава могущественной корпорации RCA (Radio Corporation of America) Дэвид Сарнов (David Sarnoff), усмотрел в технологии FM угрозу установившемуся порядку вещей. Тысячи передатчиков АМ и миллионы радиоприёмников могли в короткий срок устареть. Старые сети эфирного вещания, инвестиции, и рынки сбыта, находились в серьёзной опасности. Кроме того, FM могла помешать запуску телевизионного вещания, к которому в то время готовилась RCA, предполагал Сарнов.

RCA начало лоббировать изменения в законодательстве и правилах FCC, для того чтобы задавить новую технологию. Различные отчеты о состоянии дел в системах связи полностью игнорировали FM. FCC отклонило просьбу Амстронга о лицензировании частот для экспериментальных FM радиостанций, и лишь когда он пригрозил о переводе работ за границу, он получил лицензию на использование крошечного участка радиодиапазона.

В 1937 году Армстронг финансировал строительство первой FM радиостанции W2XMN, 40 кВт., частота 42,8 МГц. Сигнал отчетливо принимался в радиусе 100 миль (160 км), несмотря на меньшую мощность передатчика, чем использовали аналогичные радиостанции AM.

В 1940 RCA предложило Армстронгу продать лицензию. Он отказался, настаивая на том, что они должны платить отчисления, как и другие компании, и на тех же условиях. Но RCA отказывается, между тем запуская свои разработки в области частотной модуляции. Вскоре её примеру последовали и другие компании, не обращая внимания на патенты Армстронга. В конце Второй мировой войны, FCC принимает решение о значительном сокращение мощности FM станций и переноса их диапазона в область максимально высоких частот. В результате мгновенно становятся бесполезными все существующие передатчики и приемники FM.

Но Армстронг не сдаётся. В 1948 году Армстронг начал судебную тяжбу с RCA и NBC о нарушение патентных прав. Армия юристов корпорации начала досудебные разбирательства, которые длились в течение нескольких лет. Потребовались годы, прежде чем, Сарнов был вызван в суд в качестве свидетеля. К этому времени состояние Амстронга было потрачено на оплату юридических услуг, начались неурядицы в семейной жизни, здоровье ухудшилось.

В ночь на 31 января 1954, Эдвин Армстронг покончил жизнь самоубийством. В записке найденной на столе, адресованной жене, он глубоко сожалеет за причиненную ей боль, и пишет, что он сломлен. "Сохрани тебя Бог, и помилуй Господь мою душу..."

ЭПИЛОГ:

За месяц до своей смерти, Армстронг подал 21 иск о нарушениях его прав.
Его жена, Марион, к середине шестидесятых годов выиграла два и успешно завершила все остальные.

В 1955 году Национальный союз электросвязи в Женеве добавил имя Эдвина Армстронга в список людей внесших величайший вклад в исследования и практическое применение в области электричества и телекоммуникаций, таких как Андре-Мари Ампер, Александр Грэхем Белл, Майкл Фарадей, Карл Фридрих Гаусс, Генрих Герц, Уильям Томсон Кельвин, Джеймс Клерк Максвелл, Самуэль Морзе, Гульельмо Маркони и Никола Тесла

Включая радио или пользуясь сотовой связью, иногда подумаем о тех , кому мы этим обязаны...


ИСПОЛЬЗОВАЛИСЬ МАТЕРИАЛЫ:

http://world.std.com/~jlr/doom/armstrng.htm
http://www.fathom.com/seminars/10701020/session3.html
http://www.armstrongmemorialfoundation.org
http://en.wikipedia.org/wiki/Edwin_Howard_Armstrong